可更换成型仓的电子束增材制造设备和应用

技术领域

本发明涉及增材制造设备技术领域，具体而言，涉及一种可更换成型仓的电子束增材制造设备和应用。

背景技术

电子束3D打印是一种粉末床沉积技术，该技术基于离散堆积原理，以高能电子束作为热源，在计算机的控制下，按三维数模横截面选择性地熔化金属粉末，层层叠加，最终形成致密的三维金属零件，被广泛应用于航空航天和生物医疗等领域。成形仓是电子束3D打印必不可少的组成部件，由仓体和活塞组成，可为成形基板提供必要的支撑以及存放打印好的零件。随着电子束3D打印技术的不断升级，拥有更大的打印面积，更大的成形深度的设备被投入市场，成形仓的容积也越来越大。

但是在实际打印过程中，为了保持3D打印产品的形状，在打印过程中需要在成型仓内填充金属粉末，因此成型仓过大就意味着需要铺设的金属粉末数量更多，即使只打印一个较小的试验件，也需要将整个成形仓填满，这就造成了金属粉末的严重浪费，使3D打印技术在一定程度上失去方便快捷的优势。因此，设计一种增材制造的成型仓更换装置，以适应不同大小的试样打印，对于增材制造设备的合理化使用是至关重要的。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可更换成型仓的电子束增材制造设备和应用，其能够快速更换不同大小的成型仓，以适应不同规格的产品打印需求，避免金属粉末浪费。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种可更换成型仓的电子束增材制造设备，包括增材制造打印装置和成型仓替换装置。

增材制造打印装置包括成型仓、粉床和Z轴运动组件，成型仓相对的两端分别设置有第一定位部和第二定位部，粉床上设置有粉床定位件，粉床定位件与第一定位部可拆卸地连接，Z轴运动组件上设置有Z轴定位件，Z轴定位件与第二定位部可拆卸地连接。

成型仓替换装置包括多个大小不同的备用成型仓和夹持组件，成型仓和备用成型仓的外壁面均设置有夹持部，夹持组件包括夹臂，夹臂与夹持部可选择性地夹持固定，以控制不同大小的成型仓在粉床和Z轴运动组件之间进行定位。

需要说明的是，成型仓和备用成型仓除了仓体大小不同外，其结构特征应相同，例如其外壁面均设置有支架，可以互相替换并安装于粉床和Z轴运动组件之间。其中，仓体大小指的是成型仓用于容纳产品的仓体的大小，所有成型仓与粉床和Z轴运动组件连接定位的定位部大小均相同，且分别与粉床和Z轴运动组件大小相对应。

通过设置成型仓替换装置，可以根据产品大小不同替换合适大小的成型仓，再配合定位件将成型仓定位在粉床和Z轴运动组件之间，即可对不同大小的产品进行打印，该装置可以快速更换成型仓，同时还能根据成形仓截面尺寸，调整落粉量，能够极大节约金属粉末。在兼顾大型零件打印的同时，还能满足微小型零件的电子束3D打印，提高了增材制造打印产品的灵活性。

在增材制造工作状态下，金属粉末从粉床上端落至成型仓中，成型仓靠近Z轴运动组件的一端内置活塞，活塞在Z轴运动组件的带动下向下运动，产品在成型仓内层层成型，最终打印出目标产品。因此，为了便于描述，成型仓与粉床接触的一端为落粉端，成型仓与Z轴运动组件接触的一端为活塞端。

在可选的实施方式中，成型仓与粉床连接的一端设置有连接法兰，第一定位部设置于连接法兰上。

在可选的实施方式中，第一定位部为设置于连接法兰上的第一定位孔，粉床定位件为粉床定位柱，粉床定位柱安装于第一定位孔内进行定位。

较佳地，粉床定位柱和第一定位孔的数量相等，且一一对应设置。较佳地，粉床定位柱为多个，且在粉床表面均与间隔设置。

较佳地，粉床表面的定位柱可以是螺栓，螺栓与粉床固定连接，螺栓可以穿过定位孔对成型仓进行定位。

较佳地，粉床上还设置有限位件。在一些实施方式中，限位件为粉床上开设的限位止口，限位止口的大小与成型仓落粉端的开口大小相同，但不超过连接法兰的大小。因此当成型仓与粉床定位后可以通过限位止口对成型仓进行限位。在其他实施方式中，限位件也可以是安装在粉床上的限位块，用于对成型仓进行限位。

在可选的实施方式中，成型仓与Z轴运动组件连接的一端设置有凹槽，凹槽内容置有多个第二定位件，所述第二定位件为第二定位柱，Z轴定位件为设置于Z轴运动组件一端的Z轴定位孔，第二安装柱安装于Z轴定位孔内进行定位。

较佳地，第二定位柱和Z轴定位孔的数量相等，且一一对应设置。较佳地，第二定位柱为多个，且在成型仓活塞端的表面均与间隔设置。

较佳地，在成型仓活塞端的定位件结构中，为了便于设置定位孔可以是在成型仓的活塞端设置法兰或在板面上设置凸起但内部凹陷的柱状盲孔，用于与定位柱配合定位。

在可选的实施方式中，为了便于成型仓的定位和安装，成型仓替换装置还包括转移组件，转移组件与成型仓外壁面设置的支架可选择性地连接。当转移组件将适合的成型仓运输过来后，采用夹持组件将成型仓夹持到粉床和Z轴运动组件之间进行定位。

在可选的实施方式中，支架设置于成型仓靠近Z轴运动组件的一端侧壁面上。

优选地，支架为至少两个空心孔分别安装于成型仓的两侧外壁面上，转移组件可以是叉车，叉车的叉子分别插入支架的两个空心孔内将支架运至粉床和Z轴运动组件之间。在其他实施方式中，支架和转移组件也可以是其他可配合移动的结构。

在可选的实施方式中，为了控制落粉量，增材制造打印装置还包括落粉控制组件，落粉控制组件包括储粉仓和落粉控制机构，落粉控制机构安装于储粉仓的底部，且落粉控制机构与粉床对应间隔设置。

在可选的实施方式中，落粉控制机构包括落粉挡板和落粉盒，落粉盒与储粉仓连接，且落粉盒与储粉仓之间设置有落粉挡板，落粉挡板控制落粉盒与储粉仓连通。

在可选的实施方式中，为了更好地控制金属粉末的落粉量，落粉挡板为抽拉式挡板。

在可选的实施方式中，Z轴运动组件包括第一安装座、第二安装座、以及固定在两个安装座之间的支撑柱、以及设置于支撑柱上并在支撑住上可沿Z轴滑动的平台，平台上还连接有动力驱动装置，用于驱动平台在支撑柱上滑动。其中第二安装座与成型仓的活塞端通过定位件连接。

第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的设备在增材制造设备中的应用。

本发明实施例的有益效果是：

本发明提供了一种可更换成型仓的电子束增材制造设备和应用，通过设置成型仓替换装置，可以根据产品大小不同替换合适大小的成型仓，再配合定位件将成型仓定位在粉床和Z轴运动组件之间，即可对不同大小的产品进行打印，该装置可以快速更换成型仓，同时还能根据成形仓截面尺寸，调整落粉量，能够极大节约金属粉末。在兼顾大型零件打印的同时，还能满足微小型零件的电子束3D打印，提高了增材制造打印产品的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的可更换成型仓的电子束增材制造设备的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的落粉控制组件的结构示意图；

图3为本发明第一实施例提供的不同大小的成型仓的结构示意图。

图标:100-可更换成型仓的电子束增材制造设备；110-成型仓；111-支架；120-粉床；121-限位止口；130-落粉控制组件；131-储粉仓；132-落粉挡板；133-落粉盒；140-Z轴运动组件；141-第一安装座；142-第二安装座；143-支撑柱；144-平台；151-第二定位柱；152-Z轴定位孔；153-连接法兰；154-粉床定位柱；155-第一定位孔；160-夹持组件；112-小型成型仓；113-中型成型仓；114-大型成型仓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种可更换成型仓的电子束增材制造设备100，其包括增材制造打印装置和成型仓替换装置。

增材制造打印装置包括成型仓110、粉床120、落粉控制组件130和Z轴运动组件140，成型仓110相对的两端分别设置有第一定位部和第二定位部，粉床上设置有粉床定位件，粉床定位件与第一定位部可拆卸地连接，Z轴运动组件上设置有Z轴定位件，Z轴定位件与第二定位部可拆卸地连接。

Z轴运动组件140包括第一安装座141、第二安装座142、以及固定在两个安装座之间的支撑柱143、以及设置于支撑柱143上并在支撑柱143上可沿Z轴滑动的平台144，平台144上还连接有动力驱动装置，用于驱动平台144在支撑柱143上滑动，Z轴定位件设置于第二安装座142上。

在增材制造工作状态下，金属粉末从粉床120上端落至成型仓110中，成型仓110靠近Z轴运动组件140的一端内置活塞，活塞在Z轴运动组件140的带动下向下运动，产品在成型仓110内层层成型，最终打印出目标产品。因此，为了便于描述，成型仓110与粉床120接触的一端为落粉端，成型仓110与Z轴运动组件140接触的一端为活塞端。

在成型仓110的落粉端设置有连接法兰153，连接法兰153上开设有第一定位孔155，粉床定位件为粉床定位柱154设置于粉床120表面，粉床定位柱154穿过连接法兰153上的第一定位孔155对成型仓110进行定位。

进一步地，粉床120上还设置有限位件。具体地，限位件为粉床120上开设的限位止口121，限位止口121的大小与成型仓110落粉端的开口大小相同，但不超过连接法兰153的大小。因此，当成型仓110与粉床120定位后，可以通过限位止口121对成型仓110进行限位。

在本实施例中，粉床定位柱154是螺栓，螺栓与粉床120固定连接，螺栓可以穿过第一定位孔155对成型仓110进行定位。

成型仓110的活塞端设置有第二定位柱151，第二安装座142上设置有Z轴定位孔152。第二安装座142上的Z轴定位孔152为凸起但内部凹陷的柱状盲孔，第二定位柱151容纳于Z轴定位孔152中。

请参照图2，落粉控制组件130包括储粉仓131和落粉控制机构，落粉控制机构安装于储粉仓131的底部，且落粉控制机构与粉床120对应间隔设置。

落粉控制机构包括落粉挡板132和落粉盒133，落粉盒133与储粉仓131连接，且落粉盒133与储粉仓131之间设置有落粉挡板132，落粉挡板132控制落粉盒133与储粉仓131连通。

为了更好地控制金属粉末的落粉量，落粉挡板132为抽拉式挡板。

进一步地，请参照图3，成型仓替换装置包括多个大小不同的备用成型仓110、夹持组件160和转移组件。

成型仓110和备用成型仓的外壁面均设置有支架111，支架111设置于成型仓110靠近Z轴运动组件140的一端侧壁面上。具体地，支架111为两个分别安装于成型仓110的两侧外壁面的空心孔，转移组件可选择性地穿过支架111，以转移运输不同大小的成型仓110至粉床120和Z轴运动组件140之间进行定位。

在本实施例中，转移组件为叉车，叉车的叉子分别插入支架111的两个空心孔内，并将支架111运至粉床120和Z轴运动组件140之间。

夹持组件160夹持成型仓110的落粉端的侧壁面，避免在工作过程中与转移组件发生碰撞。当转移组件将合适大小的成型仓110运输过来后，采用夹持组件160将成型仓110夹持到粉床120和Z轴运动组件140之间进行定位。

本实施例中记载的成型仓110和备用成型仓除了仓体大小不同外，其结构特征应相同，例如其外壁面均设置有支架111、成型仓110的落粉端均设置有连接法兰153、成型仓110的活塞端均设置有第二定位柱151等。

例如，小型成型仓112、中型成型仓113和大型成型仓114之间仅是用于容纳产品的仓体的大小不同，而支架111连接法兰153、第二定位柱151等结构的大小应当是相同的，且均与粉床120和Z轴运动组件140连接定位的区域大小相同。

本实施例提供的一种可更换成型仓的电子束增材制造设备100，其工作原理如下：

当需要打印结构较大的产品时，采用大型成型仓114。叉车的叉子穿过支架111将大型成型仓114转移至夹持组件160附近，夹持组件160的电机驱动其将大型成型仓114的落粉端侧壁面夹住，叉车离开支架111，然后夹持组件160将大型成型仓114夹至粉床120和Z轴运动组件140之间，通过定位件将大型成型仓114固定，然后进行打印。当需要更换中型成型仓113时，先利用夹持组件160将大型成型仓114取出，然后通过叉车运出增材制造打印装置，再利用叉车将中型成型仓113运至增材制造打印装置，利用夹持组件160将中型成型仓113夹至粉床120和Z轴运动组件140之间，通过定位件将中型成型仓113固定，然后进行打印。当需要更换小型成型仓112进行打印时也是重复上述更换操作。其中本实施例所记载的大型成型仓114、中型成型仓113和小型成型仓112仅是为了便于说明的指代，不应当作为备用成型仓110数量和大小的限制。在实际情况下，可以将不同型号的成型仓110均设置有连接法兰153、支架111和第二定位柱151，以便于本实施例提供的设备打印进不同型号的产品。

本发明实施例提供的一种可更换成型仓的电子束增材制造设备100，其至少具有以下优点：

通过设置成型仓110替换装置，可以根据产品大小不同替换合适大小的成型仓110，再配合定位件将成型仓110定位在粉床120和Z轴运动组件140之间，即可对不同大小的产品进行打印，该装置可以快速更换成型仓110，同时还能根据成形仓截面尺寸，调整落粉量，能够极大节约金属粉末。在兼顾大型零件打印的同时，还能满足微小型零件的电子束3D打印，提高了增材制造打印产品的灵活性。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。